Hydrodynamische Verstärkung in gefüllten Polymersystemen: numerische Simulationen und nicht-lineare Modellierung

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Marina Grenzer
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318736673

Das Ziel dieses Projektes ist es, einen analytischen Spannungs- und Deformations-Verstärkungsansatz (SSAA) zur Beschreibung des nichtlinearen mechanischen Verhaltens von Polymerschmelzen und -Netzwerken, die mit sphärischen und anisometrischen harten Partikeln bei moderaten Konzentrationen gefüllt sind, zu entwickeln. Der SSAA ist gültig im Kontinuumlimit, wenn die kleinste Abmessung der Partikel größer als der mittlere Endenabstand der Polymerketten ist. Ein wichtiges Merkmal des Ansatzes ist das er rein hydrodynamische Verstärkung aufgrund der Präsenz von nicht-aggregierenden harten Partikeln berücksichtigt, wobei die Partikel nicht mit den umgebenden Polymerketten oder sich selbst attraktiv oder repulsiv wechselwirken. Der SSAA soll es in Zukunft ermöglichen zwischen der hydrodynamischen Verstärkung und anderen Verstärkungseffekten klar zu separieren, welche z.B. wegen Präsenz von Füllstoffagglomeraten / Netzwerken oder durch die Lokalisierung von Polymerketten auf der Partikeloberfläche entstehen.Bei gefüllten Polymerschmelzen wird der SSAA, der schon auf das Bird-Carreau Modell im verdünnten Regime angewendet wurde, weiter für höhere Partikelkonzentrationen und für verschiedene anisometrische Partikel entwickelt. Es ist geplant stationäre Scher- und Dehnströmungen zu untersuchen. Im Fall von gefüllten Elastomeren, wird der SSAA für eine Anzahl nicht-linearer Zustandsgleichungen mit steigender Komplexität entwickelt, wie das Neo-Hooke-Modell, das Mooney-Rivlin-Modell und das erweiterte Röhrenmodell für Gummielastizität. Die Zerlegung des hydrodynamischen Verstärkungsfaktors in die Spannungs- und Deformationsfaktoren wird durch einen direkten Vergleich zwischen Vorhersagen von der analytisch modifizierten Zustandsgleichung und Ergebnissen von numerischer Homogenisierung erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen